Reaktor fuzyjny w ciągu 5-10 lat ?

Ostatnio jakoś mamy wysyp newsów na temat reaktora fuzyjnego już niedługo. O tym,że reaktor termojądrowy jest świętym graalem energetyki; sposobem na wyjątkowo czystą energię elektryczną za śmieszne pieniądze wiadomo od dawna.

O reaktorach fuzyjnych wspominałem już we wcześniejszym wpisie.Pierwsze próby prowadzono już bardzo dawno. Czy wiec zbliżamy się do przełomu ? Oto koncern Lockhead Martin jako kolejny deklaruje,że jest 5-10 lat od przełomu, na miarę co najmniej porównywalnego z dawnymi podróżami na księżyc,czy wprowadzeniem komputera osobistego. Materiał wideo który wrzuca ta firma jest fascynujący:

Naukowcy są jednak nieco krytyczni,zauważając,że w istocie niektóre konieczne badania jeszcze nie zostały zrealizowane,a niektóre rzeczy są w fazie teorii,a Lockhead nie ma jak dotąd prototypu. Musimy pamiętać,że koncepcję tokamaka stworzyli już w 1950 Rosjanie Tamm i Sacharow.I do tej pory, jeszcze się nie udało tego pomysłu zrealizować w praktyce, w formie wydajnego źródła energii.Mimo to,wiele dróg i wiele prób przybliża całą ludzkość do tego wielkiego momentu coraz bardziej. Przypomnijmy:

  • Projekt ITER jest projektem pierwszego reaktora badawczego który ma wytworzyć więcej energii niż potrzebuje. Pierwszy zapłon ma mieć miejsce jednak dopiero za 5 lat – w 2019 roku.
  • Badania nad urządzeniem Polywell są nadal kontynuowane
  • Reaktor Dynomak klasy Spheromak miał niedawno być omówiony w St.Petersburgu – reaktor ten ma być tańszy niż węgiel w eksploatacji. Do materiałów z konferencji 17.10 nie dotarłem na razie,aczkolwiek pan Derek Sutherland zamieścił na swoim koncie wordpress poster (możliwe,że stary,ale i tak dobry)

Wnioski są oczywiste.Badania prowadzone są więcej niż 1 ścieżką.I prędzej czy później, ten reaktor fuzyjny będzie – taki czy inny. Cała kwestia w jednak w utrzymaniu tej plazmy wewnątrz odpowiednim polem magnetycznym i w kontroli nad nią. Czy jednak to jest kwestia 10 lat ? Obawiam się,że wiele tu zależy od środków na badania,możliwe też,że od opracowania lepszych nadprzewodników  i nie tylko- więc ten termin może raczej nie zostać dotrzymany.Chciałbym w to wierzyć,ale skala problemu sprawia,że mam wątpliwości.Rzecz jednak w tym,że to bardzo dobrze,że zwraca się uwagę na tą wielką szansę w mediach. Badania nad fuzją nuklearną mają strategiczne znaczenie nie tylko dla państw,ale całego gatunku ludzkiego. Szczytem (nieosiągalnych niestety) marzeń byłoby,gdyby państwa przeznaczyły na te badania solidarnie choć połowę swoich dotychczasowych budżetów zbrojeniowych – co raczej nie będzie mieć miejsca. Przy odpowiednim zarządzaniu,problem zostałby wtedy dużo szybciej rozwiązany.I bylibyśmy jako cywilizacja od razu lata świetlne do przodu.
Z drugiej strony, jeśli efektywne reaktory fuzyjne rzeczywiście powstałyby w 5-10 lat,to oznaczałoby to,że cały pomysł,by w Polsce postawić reaktor na materiał rozszczepialny (pomijając już oczywiste niebezpieczeństwo, typowych w naszym kraju „oszczędności”,które sprawiają,że po roku nasze „autostrady” nadają się do remontu,ponieważ „wykonana nadzwyczaj oszczędnie” Polska jezdnia niestety pęka) może się okazać wyrzuceniem pieniędzy w błoto na przestarzałą i niebezpieczną technologię. A wtedy zdobędziemy kolejny powód,by swojsko ponarzekać na „niezwykłą bystrość” i „wyjątkowo wielką wiedzę” (zwłaszcza naukowo-techniczną) naszych polityków,z których 82  jest (jak deklarują) nauczycielami i wykładowcami akademickimi (no ale, czego się spodziewać po „humanistach” i to w kraju który nadal konsekwentnie utrzymuje wydatki na naukę na poziomie promili PKB ?).

Plazma,4 stan skupienia.

wyładowanie w kuli plazmowej

Stan w fizyce znany jako plazma (ang. plasma, gr. πλάσμα ) jest bardzo interesujący. Sama nazwa znaczy właściwie tyle co „twór” tudzież: „istota”, „cokolwiek sformowanego” – i właśnie głównie wskazuje na tą niecodzienność. Choć podobna do gazu, plazma to twór zjonizowany.Choć zjonizowany – to sumarycznie elektrycznie obojętny.Ale przewodzący prąd i jest podatna na wpływ pola magnetycznego. Jej temperatura, to zwykle wiele tysięcy stopni Celcjusza/Kelwina – lub do jej uzyskania potrzebne są równie krytyczne parametry. Ponadto, większość materii we wszechświecie występuje prawdopodobnie w postaci plazmy.

Choć wyświetlacze plazmowe  nieubłaganie stają się przestarzałe,zjawisko wyładowania plazmowego wciąż jest powszechnie, tak w nauce jak i w technice. I nie chodzi tutaj tylko o spawanie czy cięcie plazmą – choć wysoka dokładność tych technologii jest oczywiście ważna,tak samo, jak stosunkowo małe naprężenia wewnętrzne w materiale – przy dużo mniejszych kosztach, niż przy zastosowaniu lasera.Rzecz jest jeszcze ciekawsza,niż nawet specjalne procesy produkcyjne. Opanowanie plazmy jest bowiem bardzo ważne w Tokamakach,nowym (no powiedzmy – idea jest stara, lecz wciąż nie zrealizowana na poziomie praktyczno-przemysłowym; pochodzi ona jeszcze z roku 1950,jej autorami byli Rosyjscy fizycy Tamm i Sacharow) rodzaju reaktorów mających wykorzystywać fuzję nuklearną,znaną bardziej laikom jako reakcja termojądrowa – w sposób kontrolowany. Osobom nieobeznanym wyjaśniam,że zjawisko fuzji jest spotykane w gwiazdach i polega między innymi na „spalaniu wodoru w hel”. Nie trzeba chyba tłumaczyć, że woda zawierająca wodór,mająca wzór chemiczny H2O jest bardzo powszechna na ziemi,zatem reaktor taki jest spełnieniem marzeń wielu ludzi dotyczących „silnika na wodę”. Kontrolowana i efektywna fuzja to „święty graal” energetyki.  Reaktory JET, ITER  i inne, nadal są reaktorami badawczymi, a duże problemy z utrzymaniem łuku plazmowego w stałej wysokiej temperaturze – i jednocześnie z chłodzeniem nadprzewodników. Projekt ITER jest aktualnie chyba najbardziej zaawansowanym projektem międzynarodowym a jego strona dostępna jest tutaj. Inna metoda,metoda Polywell (wielostudnia), również wymaga kontroli plazmy.

Joint_European_Torus-JET

Po dziesięcioleciach, ludzkość jest już dużo bliższa przełomu w energetyce,momentu gdy pierwszy tokamak wyprodukuje więcej energii niż potrzebuje do swojej pracy. Ale równie długa droga jeszcze przed nami, zanim uzyskany zostanie pierwszy przemysłowo pracujący reaktor fuzyjny…

Ponadto badania nad plazmą dały nam teorię plazmonów, kwazicząsteczek , służących do opisu oscylacji plazmy – a w konsekwencji plazmonikę. Dzięki zaś plazmonice, możliwe będzie uzyskanie m.in. nowych układów – tym razem optoelektronicznych w tym fotonicznych, nowe metamateriały modyfikujące zachowanie światła – dzięki którym możliwe jest stworzenie swego rodzaju „czapki niewidki” i wiele innych rzeczy. Jak więc widać ludzkie próby zrozumienia plazmy przyniosły i jeszcze mogą przynieść ogromne korzyści.